大学物理实验绪论.
标准偏差——随机误差的离散程度 具有随机误差的测量值将是分散的,对分散程度的定量表示用标 准偏差,在有限次测量情况下,单次测量值的标准偏差定义为
2 n xi x i 1 n 1
Sx
xi xi x
为偏差
二、测量结果的表示与不确定度
1.测量结果的表达形式与不确定度 测量结果的最终表达形式为
的特征是具有一定的规律性,服从因果律。
随机误差 在同一测量条件对同一物理量进行重复测量时,测量结果会
出现一些无规律的起伏,这是因为测量时存在随机误差,也
称偶然误差。
进行随机误差的估计时,算术平均值和标准偏差是两个重要的数字
特征量。
算术平均值——测量结果的最佳估计值,又称近似真实值
1 n x xi n i 1
3.数据处理
实验结束后要尽快整理好数据,数据整理工作应尽可能在实验课上完
成,这样可以根据数据整理中的问题作必要的补充测量,一般是在计算 结束之后,再收拾仪器。
4.实验讨论
实验讨论是培养学生的分析能力非常重要的部分。 5.实验报告 实验报告是实验工作的全面总结,是对实验目的和要求的回答,是 学生思索和提高的过程,不能是简单抄写记录和计算结果。
撰写实验报告要简明扼要,有自己的特色,注重条理性,有主要的
数据处理过程,有实验结果,以及对实验结果的评价,实验后的思考和 分析。
实验报告具体要求有:
(1)实验名称: 所做实验的名称; (2)实验时间:具体做实验的时间; (3)实验学生:做实验者本人姓名; (4)指导教师:指导实验的教师姓名;
(5)实验目的:完成本实验应达到的基本要求;
w W u
式中 为被测量, 为测量值, 为总不确定度,它们具有相同的单 u W 位。 测量值不等于真值,可以设想真值就在测量值附近的一个量值范围
w
内,不确定度就是对被测量的真值所处量值范围的评定。若测量值
为W,其测量不确定度为u,则真值可能在量值范围 W u ,W u 之中,显然此量值范围越窄,即测量不确定度越小,用测量值表示
第二部分 实验误差与数据处理
一、测量与误差
1.直接测量和间接测量
物理实验是以测量为基础的。测量是指为确定被测对象的量值而进 行的被测物与仪器相比较的实验过程。测量分为直接测量和间接测量, 直接测量是指被测量和仪器的直接比较,得出被测量量值的测量。如 用米尺测量长度,用天平称质量;间接测量是指由一个或几个直接测 量值的函数关系计算出被测量量值的测量。如用单摆测重力加速度, 可以通过对摆长和周期的直接测量,根据周期公式算出重力加速度的 过程就是间接测量。
大学物理实验
第一部分 绪论
一、物理实验课程的目的
1.使学生通过对实验现象的观察、分析和研究,学习物理
实验基础知识和设计思想,理解和应用物理学原理。
2.培养学生的科学实验能力。包括通过阅读实验教材和查阅 参考资料,正确理解实验内容;借助教材或仪器说明书,正确使 用仪器;运用物理学理论对实验现象进行初步分析和判断;正确 记录和处理实验数据,撰写合格的实验报告;能够根据实验目的 和仪器独立设计出合理的实验。 3.提高学生的实验素养。包括理论联系实际、实事求是的科学 作风;严肃认真、一丝不苟的工作态度;主动研究、积极创新的 探索精神以及遵守纪律、爱护公物、团结协作的优良品德。
2.测量误差 被测量均具备不以人的意志为转移的真实大小,称此值为被测量的 真值。这是一个理想的概念,也称理论值或定义值,但是从测量角 度来看它是不能确知的。这是因为,测量仪器不可能绝对准确,同 时还有受到环境条件的影响、操作和观测者的读数不十分精确,以 及理论也有近似性等原因。实用上,真值常用约定真值来代替。约 定真值是指可以替代真值的量值。通常用公认值(如物理常数)、 计量标准器所复现的量值、理论值(理论公式计算结果)、已修正 过的算术平均值作为约定真值。 在科学实验的观测中,由于实验方法、实验设备、实验条件等种种
因素的局限,测量结果与被测量真值之间总有一定的差异,这就是
测量误差。
测量误差有绝对误差和相对误差两种表示方法。
绝对误差
设测量值为,相应的真值为A0,测量值与真值之差称为测量 误差,又称为绝对误差,简称误差。绝对误差有符号和单位,它 的单位与被测量相同。大小和符号分别表示测量值偏离真值的程 度和方向。
x x A0
相对误差 一个量的准确程度,不仅与它的绝对误差的大小,而且与这个量
本身的大小有关。绝对误差与真值之比的百分数叫做相对误差。
表示为:
E
x 1000 0 A0
根据测量误差的来源和性质,一般可将其分为系统误差、
随机误差和粗大误差三类。 系统误差 在同一条件(指方法、仪器、环境、人员)下多次测量同一 物理量时,由于确定的原因,以确定的方式引起。系统误差
、物理实验课程的主要教学环节
1.实验预习
仔细阅读实验教材或查阅有关资料,明白实验目的、要求、原理和方法,
需要根据实验目的和实验仪器设计实验方案和基本步骤。设计合理的实验数
初步了解有关测量仪器的主要性能、使用方法和注意事项。对于设计性实验,
据记录表格,以便实验过程中能够方便的记录和处理实验数据。
在此基础上,写出实验预习报告。实验预习报告作为实验报告的一部分, 其内容包括实验名称、目的、原理。 2.实验操作 实验时应严格遵守实验室规章制度,实验前要认真聆听老师的讲解和操作 示范。认真安装、调整和操作实验装置,细心观察实验现象,学会判断故障 和审查数据。以研究者的态度去钻研和探索实验中的问题,探讨最佳实验方 案。
(6)实验仪器:所用仪器的名称和型号; (7)实验原理:简述原理,包括简单的公式推导,原理图或电路图;
(8)实验内容和步骤;
(9)数据处理:有数据表格、必要的计算过程、实验曲线(必须 用坐标纸做图)、写出结果的标准形式和误差或不确定度; (10)问题讨论:分析总结实验得失,完成课后讨论题。 注:实验报告要求内容完整,并且附上预习报告(有原始数 据和教师签字),作为评判实验考试成绩的重要依据之一。
真值的可靠性就越高。不确定度是一个恒为正值的量,它表示由于
测量误差存在,导致被测量的真值不能确定的程度.